CC BY
25
где
g = z .e = n1c1 + n2c2 + n3c3 . g = i1n1c1. s i m 'S1 mr1 '
m - масса виброизолированного объекта. Принимая предельное условие, что имеют место малые колебания системы, при |g| <<1 и е = gj можно представить
нелинейную функцию (решение) дифференциального уравнения с помощью биномиального разложения в виде степенного ряда
F(g) = у i g 3 - у 2 g 5 + Y 3 g7-... ,
где Y1 = 2 g1;Y2 = I g1; Y3 = J6 g1
Принимая условие P=P0sinQt, получим следующее дифференциальное уравнение колебаний: .. * 2
gg = T^sinQt.
Решение данного уравнения запишется в виде 0—sin Qt
f \ *
g = ^sin
at+a +-
a -Q
2
Здесь A1 - и а - амплитуда и начальная фаза соб-
ственных колебаний; P /I a -Q
амплитуда вынуж-
денных колебаний.
При малых амплитудах вынужденных колебаний выполняется условие: *
( ^о На этом основании можно рекомендовать
рассмотренную схему для защиты от низкочастотных вибрационных воздействий.
В практических условиях применяются и другие схемы виброзащиты для сложных динамических систем. Это могут быть рычажные схемы без корректора и с корректором колебаний [1]. В целом рычажные корректоры колебаний пригодны для виброизоляции грохотов, а также для виброизолированного сиденья водителя самосвала.
Список литературы
1. Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.
УДК 621.833.6
Г.Ю. Волков, Д.А. Курасов, С.В. Колмаков Курганский государственный университет
ФРИКЦИОННО-ЗУБЧАТАЯ БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
Аннотация. В статье рассмотрены конструкции без-водильных планетарных передач и бессепараторного подшипника качения. Предложена новая схема безво-дильной передачи, сочетающая зубчатые зацепления и фрикционные пары качения. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции, повышение технологичности и расширение компоновочных возможностей устройства.
Ключевые слова: фрикционно-зубчатая безводиль-ная планетарная передача, бессепараторный подшипник качения, замкнутая система тел качения.
G.Y. Volkov, D.A. Kurasov, S.V. Kolmakov Kurgan State University
FRICTIONAL-GEAR PLANETARY TRANSMISSION
Annotation. In the article the structure planetary gears and bearings full complement bearings. A new scheme of transmission, combining gears and friction pairs of bearings is offered. Achievable technical result is simplification of design, technological improvement and expansion capabilities of the device layout.
Key words: frictional-gear planetary transmission, full complement roller bearing, closed system of rolling.
В современном машиностроении широко применяются планетарные передачи типа 2КН, которые содержат центральные зубчатые колеса, сателлиты и водило. Наиболее распространенная конструкция такой передачи - редуктор Джемса - имеет высокий КПД, но небольшое передаточное число (3 - 6). Радикальное увеличение передаточного числа возможно в передачах 3К (10 - 300 и более), которые содержат три центральных зубчатых колеса. Обычно эти передачи тоже имеют водило, но в них оно выполняет лишь вспомогательную функцию - поддерживает сателлиты [1]. Существуют, однако, конструкции передач типа 3К, в которых водило отсутствует, так называемые безводильные передачи. «Классическая» конструкция безводильной передачи, например [2; 3], содержит три центральных зубчатых колеса и взаимодействующие с ними сателлиты. Одно из центральных колёс является ведущим, другое - ведомым, а третье -опорным. Ведомое и опорное колеса выполнены с внутренними зубьями и смещены относительно друг друга вдоль главной оси редуктора. Ведущее центральное колесо и сателлиты выполнены с наружными зубьями и имеют ширину, которая равна сумме ширин опорного и ведомого центральных колёс. Недостаток данной передачи связан с тем, что ведущее центральное колесо нагружено перекашивающим моментом, приложенным со стороны силовых колёс. Это снижает нагрузочную способность и КПД передачи.
Известны безводильные планетарные передачи, например [4; 5], подобные описанной выше, но имеющие удлинённые центральную ведущую шестерню и сателлиты. В таких конструкциях неблагоприятное действие перекоса уменьшается, хотя и не исчезает полностью.
Существуют и такие безводильные планетарные передачи, которые снимают проблему упомянутого перекашивающего момента радикально, например [6]. В этой передаче опорное центральное колесо выполнено с двумя внутренними зубчатыми венцами, разнесёнными на края редуктора. Однако при этом исчезает возможность снимать вращающий момент с выходного колеса в осевом направлении, т.е. например, с помощью муфты. Такая безводильная планетарная передача может работать только в сочетании с другой передачей: цепной, ремённой или зубчатой, например [7], осуществляющей съем движения в радиальном направлении, или служить для поворота ведомого центрального колеса на угол, значительно меньший 360 градусов [8].
Известна безводильная планетарная передача [9],
2
содержащая три центральных колеса с внутренними зубьями, зацепляющиеся с ними сателлиты, а также плавающие кольца с гладкой наружной рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Опорное центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесёнными друг относительно друга в осевом направлении. Ведомое центральное колесо расположено между ними и поэтому предназначено только для съема движения в радиальном направлении. Ведущее центральное колесо взаимодействует с венцом сателлита, расположенным вблизи одного из его торцов. Венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с каждым из центральных колёс, имеют различные числа зубьев. Недостатками данной конструкции помимо отсутствия возможности снимать вращающий момент с выходного колеса в осевом направлении являются очень неблагоприятные условия передачи сил от сателлита к центральным колесам.
Безводильные планетарные передачи относятся к классу механизмов, содержащих замкнутые системы тел качения (ЗСТК) [10], к которому также принадлежат бессепараторные подшипники качения. Одна из известных конструкций бессепараторного подшипника [11] содержит наружное кольцо с внутренней поверхностью качения, пару колец с внутренней поверхностью качения, расположенных по сторонам от наружного кольца, жестко связанных с валом. Внутри колец расположены четыре ролика. Два из них (нечетные) взаимодействуют с наружным кольцом, а другие два (четные) - с кольцами, неподвижными относительно вала, и с нечетными роликами.
Конструкция подшипника непосредственно не способна работать в качестве механической передачи, однако подобная используемой в ней схема ЗСТК может быть применена в безводильной фрикционно-зубчатой передаче (рис.1).
г А"А
, »V '
Ж
Г77-Ш
еН
Рис. 1. Фрикционно-зубчатая безводильная планетарная передача
Предлагаемая передача [12] содержит ведущее центральное колесо 1 с «гладкой» внутренней рабочей поверхностью, ведомое 2 и опорное 3 центральные колеса с внутренними зубьями, а также два основных сателлита 4, которые находятся во внутреннем зацеплении с ведомым 2 и опорным 3 центральными колесами. Два дополнительных сателлита 5 не имеют зубьев, находятся во фрикционном взаимодействии с ведущим центральным колесом 1 и основными сателлитами 4. Каждый дополнительный сателлит 5 взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами 4. Ведомое центральное колесо 2 выполнено с двумя венцами, разнесёнными друг относительно друга в осевом направлении, а опорное 3 и ведущее 1 центральные колеса расположены между ними. Зубчатые венцы ведомого колеса 2 закреплены с возможностью регулирования углового положения на дисках 6 болтами 10. Диски 6 связаны с ведомым
валом 7 посредством шлицевого соединения 8. Передача снабжена плавающим кольцом 9, которое имеет те же размеры, что и ведущее центральное колесо 1. Оно служит для обеспечения симметрии деталей и сил, приложенных к звеньям механизма.
Возникающей в зацеплениях сателлитов с силовыми колесами радиальной реакции достаточно для обеспечения необходимого прижатия во фрикционных контактах механизма. Использование же фрикционных катков вместо зубчатых зацеплений позволяет уменьшить трудоемкость изготовления ряда деталей и несколько снизить потери на трение. Дополнительные (фрикционные) сателлиты не увеличивают радиальные габариты передачи, так как расположены между основными (зубчатыми) сателлитами. В предлагаемой конструкции становится возможным расположить ведомый вал в центре, «внутри» передачи и снимать с него момент непосредственно, например, с помощью муфты.
Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 за счет сил трения вращает дополнительные сателлиты 5, которые также за счет сил трения передают вращение сателлитам 4. Сателлиты 4 обкатываются по неподвижному опорному центральному зубчатому колесу 3 и благодаря разности чисел зубьев колес 2 и 3 вращают ведомое центральное колесо 2. С венцов этого колеса через диски 6 и шлицевые соединения 8 вращение передается на ведомый вал 7.
Передаточное число механизма вычисляется по следующей формуле:
Р12 = [1+ (Z / Z4) (d4 / d1)] / (1 - Z3 / Z2), где Z2 и Z3 - числа зубьев ведомого 2 и опорного 3 центральных колес; d1 и d4 - диаметры фрикционных рабочих поверхностей ведущего центрального колеса 1 и сателлита 4.
На рис. 1 изображен пример безводильной передачи, имеющей параметры:
Z2 = 102, Z3 = 100, Z4 = 40, Z5 = 16, d1 = 105 мм, d4 = 38 мм.
Её передаточное число:
i312 = [1+ (100 / 40) (38 / 105)] / (1 - 100/ 102) = 97,2. Предлагаемая безводильная планетарная передача проста по конструкции и в изготовлении, обеспечивает большие передаточные числа (10 - 300), хорошо компонуется в соосных редукторах. Она может найти применение в приводах, не работающих постоянно при больших нагрузках, например, взамен волновых или червячных передач.
Список литературы
1. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи: изд. 2-е. - Л.: Машинострое-
ние, 1966. - 308 с.
2. Пат. 5078665 США, МПК F 16 H1/46; F 16 H57/12. Epicyclic reduction
gears / Castellani Giovanni (Италия). - № 644778; заявл. 23.01.1991 ; опубл. 07.01.1992 ; - 7 с.
3. Пат. 1244880 Испания, МПК B 25 J 9/10; F 16 F 15/124; F 16 H 1/28; F
16 H 1/46; E 05 F 15/16. Adjusting device with planetary gears / Tomczyk Hubert (Германия). - № 987439; заявл. 22.12.2000; опубл. 02.10.2002 ; - 1 с.
4. Пат. 3633441 США, МПК F 16 H 1/28; F 16 H 57/02. Gear trains / Hicks
Raymond John (США). - № 24,770 ; заявл. 01.04.1970 ; опубл. 11.01.1972 ; - 4 с.
5. Пат. 2169867 РФ, МПК F 16 H 1/46. Планетарная безводильная
передача /Шпади А.Л.; Калюжин А.Н.; Тимофеев В.Ф.; Лобанов Д.Д. (Россия). - № 119691 ; заявл. 14.09.1999 ; опубл. 27.06.2001 ; - 3 с.
6. Пат. 1313076 РФ, МПК F 16 H 1/46. Планетарная безводильная
передача /Небогин В.Г.; Панин Ю.А. (Россия). - № 944,751 ; заявл. 26.08.1985 ; опубл. 09.07.1995 ; - 3 с.
7. Пат. 1460474 СССР, МПК F 16 H 1/48; F 16 H 57/12. Безводильная
планетарная передача /Егоров В.И.; Ливотов П.Л.; Селюта П.П.; Тюрин А.П. (СССР). - № 309,978; заявл. 29.07.1987 ; опубл. 23.02.1989 ; - 3 с.
8. Пат. 3640150 США, МПК B 64 С 13/34; F 16 H 1/46; F 16 H 37/00.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
17
Power driven actuator of the compound planetary gear type / Leiner Robert L; Avena Salvatore (США). - № 49,657; заявл. 25.07.1970 ; опубл. 08.02.1972; - 7 с.
9. Пат. 1744336 СССР, МПК F 16 H 1/48; F 16 H 57/12. Безводильная
планетарная передача / Алексеев С.В.; Егоров В.И.; Ливотов П.И.; Селюта П.П.; Тюрин А.П. (СССР). - № 827,452; заявл. 21.05.1990 ; опубл. 29.06.1992 ; - 2 с.
10. Волков Г.Ю. Формализованное отображение и систематика структур
плоских многозвенных зубчатых и фрикционных механизмов. Вестник машиностроения /Г.Ю. Волков. М.: 2011. - №1 - с. 90.
11. Пат. 3937536 США, МПК F 16 С 19/02; F 16 С 19/22; F 16 С 19/49.
Rolling contact bearing devices / Traut Earl W (США). - № 414,150; заявл. 09.11.1973; опубл. 10.02.1976; - 11 с.
12. Заявка на изобретение № 2011120886 РФ, МПК F 16 H 1/28, F 16 H 1/
46, F 16 H 13/06. Безводильная планетарная передача / Волков Г.Ю, Курасов Д.А., Колмаков С.В., 2011
УДК 621.664; 621.833.6 В. В. Смирнов
Курганский государственный университет
НОВАЯ ГИДРОМАШИНА ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ
Аннотация. В статье рассматривается гидромашина эксцентрико-плунжерного типа, имеющая оригинальное уплотнение. Проанализированы известные гидромашины объемного вытеснения данного типа. Указаны потенциальные объекты внедрения новой гидромашины.
Ключевые слова: гидромашина объемного вытеснения, плунжер, плавающие сателлиты.
V.V. Smirnov Kurgan State University
THE NEW VOLUME REPLACEMENT HYDROCAR
Annotation. The eccentric and piston type hydrocar, having gear sealing is considered in this article. Well-known volume replacement hydrocar of such type are analized. Introduction ways of the new hydrocar with gear sealing are offered.
Key words: volume replacement hydrocar, piston, floating satellites.
Гидромашины объемного вытеснения широко применяются в машиностроении в качестве насосов, компрессоров и гидродвигателей. Наиболее распространены поршневые машины, в которых используется кривошип-но-ползунный механизм. Однако в вакуумных насосах чаще применяются гидромашины эксцентрико-плунжер-ного типа.
Существуют пластинчато-статорные насосы [1], содержащие корпус (рис.1) с впускным и выпускным окнами 5, размещенный в нем вал с эксцентриком 2 и пластину 3, установленную в направляющих корпуса. Пластина
3 прижимается к ротору-эксцентрику 2 усилием пружины
4 и разделяет полости всасывания и нагнетания. Такая конструкция проста и имеет большой полезный объем. Однако ее недостатком является то, что пластина установлена в направляющих корпуса консольно, т.е. в поступательной кинематической паре пластина - направляю-
щие корпуса возникает пара сил, достигающих значительной величины, что увеличивает механические потери и приводит к износу деталей.
*
Рис. 1. Пластинчато-статорный насос
Из патентно-технической литературы известна конструкция объемного вакуумного насоса [2], которая более надежна, чем представленная выше. Этот насос (рис.2) содержит корпус 1 с цилиндрической рабочей полостью, снабженной впускным 2 и выпускным 3 окнами, ведущий вал с эксцентриком 5, установленный на эксцентрике 5 плунжер 6 с цилиндрической частью 7 и хвостовиком 8, причем цилиндрическая часть 7 плунжера 6 расположена в корпусе 1 с возможностью контакта с ним, а хвостовик 8 связан с корпусом 1, направляющим устройством 9, отделяющим всасывающую полость насоса от нагнетающей. Направляющее устройство 9 состоит из двух вкладышей, выполненных в виде сегментов цилиндра, цилиндрические поверхности которых сопрягаются с плоскими под острыми углами. Недостатками этой конструкции является сложность обеспечения надежного функционирования направляющего устройства 9, связанная с неблагоприятными углами давления при передаче движения на направляющие вкладыши; высокий износ в низшей кинематической паре плунжер 6 - направляющие вкладыши.
Рис. 2. Пластинчато-статорный насос
Авторами статьи разработана гидромашина [3], которая не имеет недостатков, указанных выше. Конструкция этой гидромашины представлена на рис. 3, она содержит корпус 1, впускное 2 и выпускное 3 окна, ведущий вал 4 с эксцентриком 5, плунжер 6, установленный на эксцентрике 5 через игольчатый подшипник 7. Плунжер имеет цилиндрическую часть 8 и хвостовик 9. В верхней части корпуса 1 выполнен внутренний зубчатый венец 10, полость внутри которого соединена с цилиндрической
